CN102906347A

CN102906347A - 作业机械的安全装置

Info

Publication number: CN102906347A
Application number: CN2011800249593A
Authority: CN
Inventors: 水落麻里子; 石井启范; 山口仁一
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2010-05-24
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2031-05-24
Also published as: WO2011148946A1; EP2578757A1; US20130066527A1; JP5491627B2; US8768581B2; KR101790150B1; CN102906347B; EP2578757A4; JPWO2011148946A1; KR20130090763A; EP2578757B1

Abstract

本发明提供一种作业机械的安全装置。在前部作业机构操作以及包含回转的作业时，使操作员瞬时容易且准确地确认现在的稳定性。在作业机械的安全装置中，控制装置具备：ZMP算出单元（60f），其分别使用包含前部作业机构在内的主体及行驶体的各可动部的位置信息、加速度信息、外力信息来算出ZMP的坐标；以及稳定性运算单元（60d），其算出上述作业机械的与地面的多个接地点所形成的支撑多边形，在上述ZMP包含在上述支撑多边形的周缘内侧所形成的警告区域中时发出倾翻警告，具备显示装置（61d），该显示装置（61d）显示作业机械的俯视图及作业机械相对于支撑多边形的ZMP位置，上述ZMP算出单元及稳定性运算单元对上述ZMP及包含上述警告区域在内的支撑多边形进行运算并显示，并且在算出的ZMP位置包含在上述支撑多边形的周缘内侧所形成的警告区域中时发出倾翻警告。

Description

作业机械的安全装置

技术领域

本发明涉及作业机械的安全装置，尤其涉及在解体工程、建筑工程、土木工程等所使用的自行式作业机械中，将与机械的稳定性相关的信息报知给操作员的安全装置。

背景技术

作为构造物解体工程、废弃物解体工程、土木建筑工程等所使用的作业机械，已知有如下技术：在利用动力系统行驶的行驶体的上部回转自如地安装回转体，在回转体上安装多关节型的前部作业机构，该多关节型的前部作业机构上下摆动自如，并由驱动器进行驱动。作为这种作业机械的一个例子有以液压挖掘机为基本的解体作业机械。该解体作业机械在回转体以上下摆动自如的方式连结由起重臂、悬臂构成的前部作业机构，在悬臂的前端装配抓钩、铲斗、破碎机、破铁机（クラッシャ）等作业工具，进行构造物解体工程、废弃物解体工程等的作业。

这种作业机械以使构成前部作业机构的起重臂、悬臂、作业工具向回转体的外方突出的状态改变各种姿势进行作业，因而在进行过度的操作时存在作业机械失去平衡而倾翻的情况。因此，操作员必需准确地把握作业机械现在的稳定性或倾翻可能性来安全地进行作业。在此，稳定性是指作业机械不倾翻，能够稳定地在作业面上继续作业的程度。

针对这种要求，例如在专利文献1中公开了如下技术，即、从设置在履带起重机的外伸托梁部上的吨位计和设置在履带上的倾斜计的输出值，算出履带起重机的重心位置及负载载荷，并且，判定所算出的重心位置是否位于预先设定的区域的任一个中，使用在每个区域规定的颜色，在监视器上显示重心位置。

另外，作为其他例子，在专利文献2中公开了如下装置，即、具备外伸托梁伸出宽度传感器及外伸托梁反力传感器，从外伸托梁伸出宽度传感器的输出值算出倾翻限界，从外伸托梁反力传感器的输出值算出在前后左右的倾翻的危险度，并且，从外伸托梁伸出宽度传感器和外伸托梁反力传感器的输出值算出起重机的合成重心，并将其显示在显示装置上，在有倾翻的危险性时进行警告，并且通过固定外伸托梁的从动关节部来防止倾翻。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭61－287696号公报

专利文献2：日本特开平10－291779号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在此鉴于实际的作业，作业机械在各种作业中使用，存在需要快速动作的情况、或者发生动作的切换的情况。在这种作业中，由于前部作业机构的运动或作业机械自身的运动而产生惯性力，起重机作业等的动作比较受限制，与动作切换少的准静态的作业相比较，机械的动态（急速）的运动产生的惯性力给稳定性带来的影响较大。但是，在上述现有技术中，没有考虑这种动态的运动带来的影响。

另外，在进行动态的运动的情况下，由于稳定性的变动大，因此不仅需要显示现在的重心位置，而且操作员必需一直注视显示画面，存在作业效率劣化的可能性。而且，存在操作员不能正确地确认稳定性的情况。

本发明是鉴于上述问题点而提出的技术方案，目的在于提供一种在前部作业机构操作或包含回转的作业时，能够使操作员瞬时容易且准确地确认现在的稳定性的作业机械的安全装置。

用于解决课题的方法

本发明为了解决上述课题而采用如下方法。

一种作业机械的安全装置，具备：行驶体、安装在该行驶体上的作业机械主体、在上下方向上摆动自如地安装在该作业机械主体上的前部作业机构、以及对上述各部分进行控制的控制装置，上述控制装置具备：ZMP算出单元，其分别使用包含上述前部作业机构在内的上述主体及行驶体的各可动部的位置信息、加速度信息、外力信息来算出ZMP的坐标；以及稳定性运算单元，其算出上述作业机械的与地面的多个接地点所形成的支撑多边形，在上述ZMP包含在上述支撑多边形的周缘内侧形成的警告区域中时发出倾翻警告，并具备显示装置，该显示装置显示作业机械的俯视图及作业机械相对于支撑多边形的ZMP位置，上述ZMP算出单元及稳定性运算单元对上述ZMP位置及包含上述警告区域在内的支撑多边形进行运算并显示，并且，在上述算出的ZMP位置包含在上述支撑多边形的周缘内侧形成的警告区域中时发出倾翻警告。

本发明的效果如下。

本发明由于具备以上的结构，因此能够提供一种在前部作业机构操作或包含回转的作业时，能够使操作员瞬时容易且准确地确认现在的稳定性的作业机械的安全装置。

附图说明

图1是表示第一实施方式的作业机械的侧视图。

图2是表示第一实施方式的作业机械的安全装置的方块图。

图3是表示第一实施方式的作业机械的传感器结构的侧视图。

图4是表示第一实施方式的ZMP运算用作业机械模式的侧视图。

图5是表示第一实施方式的支撑多边形和倾翻警告区域的模式图。

图6是表示第一实施方式的稳定性运算单元的判定方法的一个例子的流程图。

图7是表示第一实施方式的稳定性算出方法的模式图。

图8是表示第一实施方式的显示装置的一个例子的说明图。

图9是表示第一实施方式的显示装置的一个例子的说明图。

图10是表示第一实施方式的显示装置的一个例子的说明图。

图11是表示第一实施方式的显示装置的一个例子的说明图。

图12是表示第二实施方式的显示装置的说明图。

图13是表示第三实施方式的作业机械的安全装置的方块图。

图14是表示第三实施方式的稳定性运算单元的判定方法的流程图。

图15是表示第三实施方式的显示装置的说明图。

图16是表示第四实施方式的作业机械的安全装置的方块图。

图17是表示第四实施方式的作业机械的显示装置的说明图。

图18是表示第四实施方式的作业机械的显示装置的说明图。

具体实施方式

（第一实施方式）

以下，参照附图对本发明的第一实施方式进行说明。

＜对象装置＞

图1是适用本发明的作业机械的侧视图。作业机械1在行驶体2上部可回转地安装有回转体3，回转体3通过回转马达7以中心轴3c为中心被回转驱动。在回转体3上安装有驾驶室4和构成动力系统的发动机5。另外，在回转体3的后方设有配重8。符号30是地表面。回转体3还具备对作业机械1的起动停止及全部动作进行控制的运转控制装置。

在设置于作业机械1的前面的前部作业机构（front working mechanism）6，起重臂缸11是使起重臂10绕支点40进行转动的驱动器，与回转体3和起重臂10连结。悬臂缸13是使悬臂12绕支点41进行转动的驱动器，与起重臂10和悬臂12连结。作业工具缸15是使铲斗23绕支点42进行转动的驱动器，经由联杆16与铲斗23连结，经由联杆17与悬臂12连结。铲斗23可以任意地更换为抓钩、刀具、破碎机等的未图示的其它作业工具。

在安装于回转体3上的、对作业机械1进行操作的操作员用的驾驶室4中设有：用于操作员输入对各驱动器的动作指示的操作杆50；显示作业机械1的稳定性信息及倾翻警告信息等的显示装置61d；发出作业机械1的倾翻警告声等的警报装置63d；以及用于操作员进行安全装置的设定的用户设定输入单元55。

＜安全装置＞

图2是表示与安全装置相关的概略结构的方块图。安全装置具备：为了检测作业机械1的姿势等而安装在作业机械1的各部上的状态量检测单元（传感器）49；用于操作员进行安全装置的设定的用户设定输入单元55；根据状态量检测单元49的检测值进行规定的运算的控制装置60；向操作员提示稳定性的信息的显示装置61d；以及警报装置63d。

控制装置60表示作业机械1的控制装置中特别是与安全装置相关的部分。控制装置60还具备：状态量检测单元49及输入用户设定输入单元55的信号的输入部60x；接收输入到输入部60x的信号并进行ZMP位置70的算出的ZMP算出单元60f；在规定的期间存储ZMP算出单元60f的算出结果的ZMP存储单元60g；根据ZMP算出单元60f的算出结果进行稳定性的算出及倾翻可能性的判定的稳定性运算单元60d；基于来自稳定性运算单元60d的输出信号来决定分别显示装置61d及警报装置63d的输出的表示控制单元61c及警报控制单元63c；以及将来自表示控制单元61c及警报控制单元63c的输出信号分别输出到显示装置61d及警报装置63d的输出部60y。ZMP算出单元60f还具备联杆运算单元60a和ZMP运算单元60b。

控制装置60具有微型计算机以及储存在ROM中的计算机程序及周边电路，该微型计算机具备由未图示的CPU、ROM、RAM及快速存储器等构成的存储部等，控制装置60使计算机程序在CPU上工作进行运算处理。

本发明将由控制装置60运算的ZMP位置算出及稳定性判定的结果经由显示装置61d及警报装置63d进行提示以使操作员能够瞬时准确地确认，从而支援安全的作业。

＜状态量检测单元＞

参照图3对安装在作业机械1的各部的状态量检测单元（传感器）49进行说明。

＜姿势传感器＞

在上部回转体3设有姿势传感器3b，该姿势传感器3b用于检测机械基准坐标系相对于后述的将与重力相反的方向作为Z轴的通用坐标系的斜度。姿势传感器3b例如是倾斜角传感器，通过检测上部回转体3的倾斜角，检测机械基准坐标系相对于通用坐标系的斜度。

＜角度传感器＞

在上部回转体3的回转中心线3c上设有用于检测下部行驶体2和上部回转体3的回转角度的回转角度传感器3s。

在上部回转体3和起重臂10的支点40上设有用于计测起重臂10的转动角度的起重臂角度传感器（角度传感器）40a。

在起重臂10和悬臂12的支点41上设有用于计测悬臂12的转动角度的悬臂角度传感器（角度传感器）41a。

在悬臂12和铲斗23的支点42上设有用于计测铲斗23的转动角度的铲斗角度传感器42a。

＜加速度传感器＞

在下部行驶体2、上部回转体3、起重臂10、以及悬臂12的重心附近，分别设有下部行驶体加速度传感器2a、上部回转体加速度传感器3a、起重臂加速度传感器10a、悬臂加速度传感器12a。

＜销力传感器＞

在连结悬臂12和铲斗23的销43、连结联杆16和铲斗23的销44上分别设有销力传感器43a、44a。销力传感器43a、44a通过例如在圆筒状的内部插入应变仪，计测在应变仪发生的应变，来检测施加到销43、44的力（外力）的大小和方向。

＜坐标系的设定＞

图4表示ZMP算出用作业模式（侧面）、通用坐标系（Ｏ－X’Y’Z’）、机械基准坐标系（Ｏ－XYZ）。如图4所示，通用坐标系（Ｏ－X’Y’Z’）以重力方向为基准，将与重力相反的方向作为Z轴。另一方面，机械基准坐标系（Ｏ－XYZ）以下部行驶体2为基准，如图4所示，使原点为在上部回转体3的回转中心线3c上与地表面30相接的点Ｏ，在下部行驶体2的前后方向设定X轴、在左右方向设定Y轴、在回转中心线3c方向设定Z轴。通用坐标系和机械基准坐标系的关系使用上述的姿势传感器进行检测，在ZMP算出单元60f中基于机械基准坐标系进行运算。

＜模式＞

另外，在第一实施方式中，考虑到安装的简易性，作为用于对ZMP70进行运算的模式，使用质量集中于各构成部件的重心的集中质点模式。将下部行驶体2、上部回转体3、起重臂10、悬臂12的各自的质点2P、3P、10P、12P设定在各构成部件的重心位置，将各自的质点的质量设为m2、m3、m10、m12。并且，将各自的质点的位置矢量设为r2、r3、r10、r12，将加速度矢量设为r"2、r"3、r"10、r"12。

此外，质点的设定方法并不限定于此，例如也可以追加质量集中的部位（图1所示的发动机5、配重8等）。

另外，外力通过利用铲斗23进行作业而施加在铲斗23的前端。由于铲斗23经由销43、44与前部作业机构6连结，因此将铲斗23的重力及惯性力、施加在铲斗23上的X轴方向及Z轴方向的外力全部作为施加在销43和销44上的外力矢量F43和F44算出，进行ZMP坐标的运算。在此，将外力作用点即销43和销44的位置矢量设为s43、s44。

＜稳定性评价指标＞

在此，在对安全装置的各构成要素的详细内容进行说明之前，对本发明中的稳定性的评价方式进行说明。在第一实施方式中，作为用于判定作业机械1的稳定性的稳定性评价指标，使用ZMP（Zero Moment Point）。

ZMP稳定判别规范基于达朗贝尔原理。此外，关于ZMP的概念及ZMP稳定判别规范，记载于“LEGGED LOCOMOTION ROBOTS：MiomirVukobratovic著（“步行机器人和人工的脚：加藤一郎译、日刊工业新闻社”）。

从图1所示的作业机械1向地表面30作用有重力、惯性力、外力以及这些力的力矩，根据达朗贝尔原理，它们与作为从地表面30向作业机械1的反作用的地面反力及地面反力力矩均衡。

因此，在作业机械1与地表面30稳定地接触的情况下，在不使作业机械1和地表面30的接地点凹陷地连结的支撑多边形的边上或其内侧，存在间距轴及辊轴方向的力矩成为零的点（ZMP）。反过来说，ZMP存在于支撑多边形内，在从作业机械1作用于地表面30的力按压地表面30的方向、也就是地面反力为正的情况下，作业机械1稳定地接地。

也就是，ZMP越靠近支撑多边形的中心稳定性越高，只要存在于支撑多边形的内侧，作业机械1就能够进行作业，不会发生倾翻，另一方面，在ZMP存在于支撑多边形上的情况下，作业机械1有开始倾翻的可能性。因此，通过对ZMP与作业机械1和地表面30形成的支撑多边形进行比较，能够判定稳定性。

＜ZMP方程式＞

ZMP方程式由于由重力、惯性力、外力产生的力矩均衡因而如下导出。

数学式1

\underset{i}{Σ} m_{i} (r_{i} - r_{zmp}) \times r_{i}^{''} - \underset{j}{Σ} M_{j} - \underset{k}{Σ} (s_{k} - r_{zmp}) \times F_{k} = 0

···(1)

在此，

rzmp：ZMP位置矢量

mi：第i个质点的质量

ri：第i个质点的位置矢量

r”i：施加在第i个质点上的加速度矢量（包含重力加速度）

Mj：第j个外力力矩

sk：第k个外力作用点位置矢量

Fk：第k个外力矢量

此外，矢量是由X成分、Y成分、Z成分构成的三维矢量。

上式（1）的左边第一项表示由在各质点mi施加的加速度成分（包含重力加速度）生成的ZMP70（参照图3）周围（半径ri－rzmp）的力矩的总和。上式（1）的左边的第二项表示作用于作业机械1上的外力力矩Mj的总和。上式（1）的左边的第三项表示由外力Fk（将第k个外力矢量Fk的作用点设为sk）生成的ZMP70周围（半径sk－rzmp）的力矩的总和。

并且，式（1）记述了由在各质点mi印加的加速度成分（包含重力加速度）生成的ZMP70周围（半径ri－rzmp）的力矩的总和、外力力矩Mj的总和、由外力Fk（将第k个外力Fk的作用点设为sk）生成的ZMP70周围（半径sk－rzmp）的力矩的总和均衡的情况。

由式（1）所示的ZMP方程式能够算出地表面30中的ZMP70。

在此，对象物停止，仅重力工作的情况的ZMP方程式使用重力加速度矢量g表示为

数学式2

\underset{i}{Σ} m_{i} (r_{i} - r_{zmp}) \times g = 0

···(2)

与静态重心的向地表面的投影点一致。因此，ZMP可以作为考虑了动态及静态的重心的投影点来处理，通过将ZMP作为指标来使用，能够对对象物静止的情况、和进行动作的情况这双方进行统一处理。

另外，由于支撑多边形与作业机械的接地面形状一致，因此确保稳定性的区域和现在的稳定性（支撑多边形内的ZMP位置）能够表示在将作业机械的轮廓投影在地表面上的俯视图上，在视觉上容易明白。

＜用户设定输入单元＞

在图1中，用户设定输入单元55由多个输入按钮等构成，操作员通过用户设定输入单元55并根据作业内容及个人爱好进行警告方法、安全率等的设定。

＜ZMP算出单元＞

ZMP算出单元60f包括：从状态量检测单元49的检测值算出以机械基准坐标系（Ｏ－XYZ）为基准的各质点的位置矢量、加速度矢量及外力矢量的联杆运算单元60a；以及使用变换到机械基准坐标系的各质点的位置矢量、加速度矢量及外力矢量算出ZMP70a的ZMP运算单元60b。

＜联杆运算＞

在图3中，配置在作业机械1的各部的姿势传感器3b、回转角度传感器3s、起重臂角度传感器40a、悬臂角度传感器41a、铲斗角度传感器42a、行驶体加速度传感器2a、回转体加速度传感器3a、起重臂加速度传感器10a、悬臂加速度传感器12a、销力传感器43a、44a的检测值被输送到ZMP算出单元60f的联杆运算单元60a。

在联杆运算单元60a，使用图3所示的设置在回转体3上的姿势传感器3b的值、和设置在作业机械1各部的回转角度传感器3s、起重臂角度传感器40a、悬臂角度传感器41a、铲斗角度传感器42a的检测值，对各联杆依次进行运动学计算。并且，将图4所示的各质点2P、3P、10P、12P的位置矢量r2、r3、r10、r12、以及从行驶体加速度传感器2a、回转体加速度传感器3a、起重臂加速度传感器10a、悬臂加速度传感器12a的检测结果算出的各质点的加速度矢量r"2、r"3、r"10、r"12、与销43、44相对的位置矢量s43、s44、作用于销43、44的各外力矢量F43、F44变换为以机械基准坐标系（Ｏ－XYZ）为基准的值。在此，运动学计算的方法能够使用众所周知的方法，例如能够使用“机器人控制基础论：吉川恒夫著、コロナ社（1988）”中记载的方法。从联杆运算单元60a输送到ZMP运算单元60b的数据是以机械基准坐标系（Ｏ－XYZ）为基准的各质点的位置矢量、加速度矢量及外力矢量。

＜ZMP运算＞

在ZMP运算单元60b，使用变换到机械基准坐标系的各质点的位置矢量、加速度矢量及外力矢量算出ZMP70a，将ZMP70a作为ZMP位置70输出。

在第一实施方式中，由于将机械基准坐标系的原点Ｏ设定为下部行驶体2和地表面30相接的点，因此在假定ZMP的Z轴坐标位于地表面30上时，则rzmpz＝0。另外，在作业机械1中，通常在铲斗23以外的部分几乎不作用外力或外力力矩，因此忽视其影响，看作外力力矩M＝0。即使在这种条件下，也能解出式（1），将ZMP70a的X坐标rzmpx如下算出。

数学式3

r_{zmpx} = \frac{\underset{i}{Σ} m_{i} (r_{iz} r_{ix}^{''} - r_{ix} r_{iz}^{''}) - \underset{k}{Σ} (s_{kz} F_{kx} - s_{kx} F_{kz})}{\underset{i}{Σ} m_{i} r_{iz}^{''} - \underset{k}{Σ} F_{kz}}

···(3)

另外，同样，ZMP70a的Y坐标rzmpy如下算出。

数学式4

r_{zmpy} = \frac{\underset{i}{Σ} m_{i} (r_{iy} r_{iz}^{''} - r_{iz} r_{iy}^{''}) - \underset{k}{Σ} (s_{ky} F_{kz} - s_{kz} F_{ky})}{\underset{i}{Σ} m_{i} r_{iz}^{''} - \underset{k}{Σ} F_{kz}}

···(4)

在式（3）、（4）中，m是图4所示的各质点2P、3P、10P、12P的质量，代入各质点的质量m2、m3、m10、m12。r"是各质点的加速度，代入各质点的加速度r"2、r"3、r"10、r"12。S表示外力作用点即销43、44的位置矢量，代入s43、s44。F表示施加在外力作用点即销43、44上的外力矢量，代入F43、F44。

如上所述，通过使用设置在作业机械1的各部的传感器的检测值，ZMP运算单元60b能够算出ZMP70a的坐标。将所算出的ZMP70a作为ZMP位置70并输送到稳定性运算单元60d及ZMP存储单元60g。

＜ZMP存储单元＞

ZMP存储单元60g将在ZMP算出单元60f算出的ZMP位置70作为规定的期间、ZMP位置记录72保存，超过了规定的期间的数据作废。

＜稳定性运算单元＞

其次，使用图5说明稳定性运算单元60d基于ZMP位置70进行的利用了区域判定的稳定性算出和倾翻可能性的判定。

如上所述，在ZMP位置70存在于由作业机械1和地表面30形成的支撑多边形L的充分内侧的区域的情况下，图1所示的作业机械1几乎没有倾翻的可能性，能够安全地进行作业。

第一实施方式中的稳定性运算单元60d如图5（a）所示，包括：算出由作业机械1和地表面30的接地点形成的支撑多边形L的支撑多边形算出单元60m；以及相对于由支撑多边形算出单元60m算出的支撑多边形L，设定倾翻的可能性非常低的通常区域J和倾翻的可能性更高的倾翻警告区域N，通过判定ZMP位置70处于哪个区域来评价稳定性的稳定性评价单元60n。

在行驶体2正立于地表面30上的情况下，支撑多边形L与行驶体2的平面形状大致等同。因此，在行驶体2的平面形状为矩形的情况下，支撑多边形L如图5（a）所示成为矩形。更具体地说，作为下部行驶体2具有履带的情况的支撑多边形L是以连结左右的链轮的中心点的线为前方边界线、以连结左右的惰轮的中心点的线为后方边界线、以左右各自的连接杆外侧端为左右的边界线的四边形。此外，前方及后方的边界也可以作为最前方的下部辊及最后方的下部辊的接地点。

另一方面，图1所示的作业机械1具有刮板18，在刮板18与地表面30接触的情况下，支撑多边形L过扩大为包含刮板底部。另外，在将铲斗23向地表面推压而将行驶体2抬起的顶起动作中，支撑多边形L成为由行驶体2的接地侧的两个端点和铲斗23的接地点形成的多边形。这样，由于支撑多边形L的形状根据作业机械1的接地状态而不连续地变化，因此支撑多边形算出单元60m监视作业机械1的接地状况，根据接地状况来设定支撑多边形L。

在稳定性评价单元60n中，将通常区域J和倾翻警告区域N的边界K设定在支撑多边形L的内侧。具体地说，边界K设定为，将支撑多边形L根据由安全率决定的比率向中心点侧缩小的多边形，或者将支撑多边形L仅向内侧移动了由安全率决定的长度的多边形。

在稳定性评价单元60n中，在由ZMP算出单元60f算出的ZMP位置70位于通常区域J的情况下，判定为作业机械1的稳定性非常高，另一方面，在ZMP位置70位于倾翻警告区域N的情况下，判定为作业机械有倾翻的可能性。

由于做成在ZMP位置70位于倾翻警告区域N的情况下发出警告，因此倾翻警告区域N的面积越大越会提早发出警告。因此，倾翻警告区域N的大小考虑作业机械1所要求的安全性等来决定即可。此外，安全率既可以是事先设定的规定值（例如、80%等），也可以是根据对作业机械1进行操作的操作员的熟练度及作业内容路面或周围的状况等而变更的值。该场合，可考虑根据事先给与的信息及各种传感器的输出值等自动设定的结构、或者操作员或作业管理者使用用户设定输入装置55任意设定安全率的结构等。

另外，安全率可以根据作业机械1的作业状态在作业过程中变更，也可以采用在前后左右使用不同的值的结构。例如，在倾斜地进行作业时，ZMP位置70容易向倾斜面的谷侧移动，与山侧相比较，具有容易发生向谷侧滚下的倾向。因此，如图5所示，根据倾斜角度，以谷侧扩大的方式设定倾翻警告区域N。除了倾斜角度由操作员输入的方法以外，可考虑使用姿势传感器3b的检测值的方法。另外，在发生了倾翻的情况下，向前部作业机构6存在的方向以外的倾翻与向前部作业机构6的方向的倾翻相比较，更容易造成重大的事故。因此，根据前部作业机构6的方向，对前部作业机构6的方向以其以外的方向扩大的方式设定倾翻警告区域N。可考虑前部作业机构6相对于支撑多边形L的方向由回转角度传感器3s来检测的方法。

作为设定倾翻警告区域N设定的方法，除了操作员或作业管理者随时手动变更设定的方法以外，可考虑使用GPS、地图信息、作业的CAD图面等的结构。通过使用上述的信息自动判别容易发生倾翻的方向或倾翻时的受害大的方向，能够自动地变更通常区域J和倾翻警告区域N的边界K，以使该方向的倾翻警告区域N扩大。

这样，通过使安全率为适当的值，能够不降低作业效率地进行安全的作业。

为了确保更高的安全性，也可以构成为，使用ZMP存储单元60g中存储的ZMP位置记录72，在ZMP位置70及ZMP位置记录72中即使一个处于倾翻警告区域N的情况下，也判定为有倾翻的可能性。即、在比较的短时间内ZMP位置发生变动的作业中，操作员难以逐一把握变动的信息，因此记录数秒间程度的记录信息并基于此进行判断。

另外，过度的警告会造成作业效率的降低，另外，为了支援由操作员进行的稳定性恢复动作，也可以构成为根据ZMP位置70和ZMP位置记录72的位置关系来判定警告的必要性。

使用图6的流程图对具体的倾翻可能性的判定及警告方法进行说明。在ZMP位置70及ZMP记录值72均处于通常区域J的情况下，判定为作业机械1非常稳定，不输出警告指令（步骤61、62、64）。在ZMP位置70处于通常区域J、ZMP记录值72处于倾翻警告区域N的情况下，判定为从稳定性低的状态返回完毕，输出表示恢复完毕的指令（步骤61、62、65）。在ZMP位置70处于倾翻警告区域N的情况下，根据ZMP位置70和ZMP记录值72的位置关系变更指令。在ZMP位置70相对于ZMP记录值72接近通常区域J的情况下，认为正在尝试恢复动作。但是，依然是有倾翻的可能性的状态，由于从稳定性低的状态的返回未完毕，因此输出表示恢复动作中的指令（步骤61、63、66）。在ZMP位置70处于倾翻警告区域N且比ZMP记录值72更接近支撑多边形L的情况下，倾翻的可能性高，警告的必要性非常高。因此，这种情况下实行紧急警告指令（步骤61、63、67）。

这样，通过将ZMP位置70及ZMP记录值72作为评价指标来使用，因此能够判断现在的作业机械1的动作是使稳定性恢复的动作还是使其劣化的动作，能够根据更适当的指令来支援安全的作业。另外，在判定可预料到稳定性的恢复的情况下，能够变更警告方法，因此能够防止过度的警报引起的不快感及作业效率的降低。

也可以采用如下结构：通常区域J和倾翻警告区域N的边界K如图5（b）所示，通过将边界K阶段性地设定两个以上，将倾翻警告区域N分为两个以上的区域。如图5（b）所示，在将倾翻警告区域N分为倾翻警告区域N1和倾翻警告区域N2的情况下，例如，在ZMP位置70处于倾翻警告区域N2的情况下，以进行预备的警告的方式实行指令，能够提早回避风险。

图7是说明在稳定性评价单元60n中根据区域判定的倾翻可能性的判定、将稳定性数值化来算出判定所使用的方式的图。

通过使用该方式，能够定量而且连续地把握稳定性。以支撑多边形为矩形的情况为例进行说明。算出通过支撑多边形L的中心Lc（Xlc、Ylc）与ZMP位置70的直线Lz、以及直线Lz与支撑多边形的边的交点C（Xc、Yc）。使用从中心Lc至交点C的距离与从中心Lc至ZMP位置70的距离的比率，将稳定度α定义为

数学式5

α = 1 - \frac{\sqrt{{(r_{zmpx} - X 1 c)}^{2} + {(r_{zmpy} - Y 1 c)}^{2}}}{\sqrt{{(Xc - X 1 c)}^{2} + {(Yc - Y 1 c)}^{2}}}

···(5)

（参照图7（a））。稳定度α取0至1之间的值，值越大表示ZMP位置越接近支撑多边形的中心，意味着稳定性高。

为了进行更简易的运算，也可以将稳定度α作为评价分别相对于X坐标、Y坐标在支撑多边形内取得的最大值和ZMP位置70的比率的稳定度来定义（参照图7（b））。此时，将X轴方向的比率

数学式6

αx = 1 - \frac{| r_{zmpx} - X 1 c |}{| X \max - X 1 c |}

···(6)

与Y轴方向的比率

数学式7

αy = 1 - \frac{| r_{zmpy} - Y 1 c |}{| Y \max - Y 1 c |}

···(7)

中的小的值作为稳定度α而选定。在此，Xmax是在支撑多边形内取得的X坐标的最大值，Ymax是在支撑多边形内取得的Y坐标的最大值。另外，以上表示了使用支撑多边形的边部与ZMP位置的距离的比率来算出稳定度的方法，但是也可以用对数评价距离的比率，来算出稳定度。通过这样，能够更详细地表现支撑多边形附近的稳定性变化。

稳定性评价单元60n在判定为稳定性非常高的情况下，对显示装置及警报单元输出ZMP位置70、ZMP位置记录72及稳定度α，在判定为有倾翻的可能性的情况下，除了输出ZMP位置70、ZMP位置记录72及稳定度α以外，还输出警告指令。

＜显示装置＞

显示单元61包括：根据来自稳定性运算单元60d的指令来决定显示内容的显示控制单元61c；以及显示装置61d，该显示装置61d是由布老恩管、液晶板等构成的装置，设置在驾驶室4内，根据来自稳定性运算单元60d的控制，显示稳定性信息及倾翻可能性。

在显示装置61d上，如图8所示，显示作业机械1的俯视图61b，在俯视图61b上显示倾翻警告区域N、ZMP位置70及ZMP位置记录72。在ZMP位置记录72的显示中，如图8（a）所示，也可以构成为，使用与ZMP位置70不同的形状、不同的颜色，或者使旧的数据相对于新的数据变小地显示。在ZMP位置记录具有多个的情况下，可以仅显示稳定性最低的值，也可以适度地间隔剔除地来显示。另外，如图8（b）所示，也可以构成为，显示从ZMP位置记录72向ZMP位置70的箭头。

在稳定性运算单元60d中算出的稳定度α如图9所示使用条形部61h来显示。在图9中，将体现稳定度α的条形部61h配置在显示装置61d的下部，表示稳定度越小越使指示部向右移动的例子，但也可以表示为根据稳定度使指示部向上下方向移动，另外，显示条形部61h的场所也可以是显示装置61d的上方、左方、右方。

图9所示，在回转时，使俯视图61b的行驶体2相对于回转体3反转相当于回转角度来显示。这样，通过将回转姿势进行图示，能够使操作员的视野前方和显示装置61d的上部总是一致，而且行驶方向的确认也容易。

显示装置61d按照来自稳定性运算单元60d的指令，进行倾翻可能性的通知。在显示装置61d的上部或下部显示使用了文字或插图的警告消息61m。另外，如图10所示，代替俯视图61b，显示表示作业机械1的概况的三维插图，在有倾翻可能性的情况下，也可以显示为，使三维插图倾斜等表示倾翻的样子。作为其他的倾翻可能性的通知方法，在有倾翻可能性的情况下，变更显示装置61d的背景色。例如，将通常时（稳定状态）的背景色设为白色，警告指令时变更为红色。

如果使用稳定度α则还能够构成为使背景色多阶段地变化。例如，将通常时设为白色，稳定度α稍微低的情况下为黄色，随着稳定度α变低而成为与红色的接近橙色，在警告指令时设定为红色。通过这样变更背景色，操作员即使没有注视显示画面也能够瞬时把握倾翻可能性。以上表示了变更显示的背景色的例子，但也可以与背景色同样地变更倾翻警告区域N、ZMP位置70、ZMP位置记录72的显示色。

显示装置61d也可以做成兼用用户设定输入单元55的结构，该用户设定输入单元55用于操作员进行警告等级、警铃等的设定。该场合，显示装置61d具有触摸面板等的输入单元，如图9所示，进行设定输入图符61k的显示。

＜警报单元＞

并且，在第一实施方式的作业机械1中，具有根据稳定度α发出警报的警报单元63。警报单元63包括：基于来自稳定性运算单元60d的指令决定警报的方法并输出的警报控制单元63c；以及警报装置63d，该警报装置63d例如是发出蜂鸣声等警告声的装置，根据来自警报控制单元63c的指令发出警告声等警报。警报装置63d设置在驾驶室4内。警报控制单元63c根据稳定度α以变更警告声的方式进行指令。例如，根据稳定度α进行警告声的音程变化等的变更，即、随着稳定度α变低而使声音的大小变大，随着稳定度α变低而使警告声的间隔变短。

通过配备在驾驶室4中的警报装置63d发出的警报，使操作员或周围的作业员认识到倾翻的可能性，从而能够进行安全性高的作业。另外，通过根据稳定度来使警告声发生变化，从而在操作员没有看到显示装置61d的情况下也能够正确地确认稳定性。

另外，也可以做成还在作业机械1的外部设置警报装置63d的结构。通过做成这种结构，能够对在作业机械1的周围进行作业的作业员通知作业机械1的倾翻可能性。

＜回转显示的变更＞

图9表示将俯视图的行驶体2相对于回转体3反转回转角度量并显示，使前部作业机构的方向总是处于显示装置的上方的例子，但也可以如图11所示构成为，固定俯视图的行驶体2的方向，将回转体3相对于行驶体2反转回转角度量。该显示方法尤其是在需要把握与周围的物体的位置关系的情况下特别有效。

＜显示装置·警报单元的场所＞

在以上的例子中，假定操作员搭乘于搭载在作业机械1上的驾驶席4进行作业机械1的操作的情况进行了说明。另一方面，作业机械1的操作存在进行使用了无线电等的远程操作的情况。在远程操作时，与搭乘时相比，难以正确地把握作业机械的姿势及路面的倾斜等，而且即使是熟练的操作员也难以凭感觉把握作业机械的稳定性。因此，在远程操作时，稳定性信息对操作员的显示及警告发挥更加优良的效果。

在远程操作型的作业机械中，操作杆通常设置在作业机械1上以外的操作员进行操作的场所。显示装置、警报装置也设置在操作员进行操作的场所即可。另外，通过在操作员侧进行ZMP算出、稳定性算出的运算，能够做成减少通信数据量而不易受通信延迟的影响的结构。

另外，作为其他显示装置的利用形态，考虑作业管理者从远程地点进行作业机械1的状况的确认的情况。这种情况，除了设置操作员用的显示装置以外，还在作业机械1上以外的场所设置管理者用的显示装置，使用无线电等进行数据传送，由此能够显示作业机械1的状况。管理者用显示装置的显示也可以与驾驶者用的显示相同，还可以附加对各驱动器的指令量等的信息进行显示。

＜简易显示装置的追加＞

以上说明了关于在稳定度运算单元60d算出的稳定度α，使用条形部61h在显示装置61d上显示的例子，但也可以构成为，除了显示装置61d以外，设置仅显示稳定度α的简易显示装置61x，在简易显示装置61x上显示条形部61h。作为简易显示装置61x的设置场所，可考虑驾驶席前方、作业机械1的外壁等。另外，也可以做成不设置显示装置61d，而是仅设置简易显示装置61x的结构。通过做成这种结构，能够以更廉价而且简易的结构通知作业机械1的稳定性。

＜作业内容判定单元的追加＞

作为倾翻警告区域N的设定方法，可考虑确认现在进行的作业内容，根据该作业内容变更倾翻警告区域N的大小、形状。

在作业内容判定单元61i中，事先设定并存储悬荷作业、掘削作业、解体作业、行驶等多个作业中的特征的操作模式和适合于各自的作业内容的倾翻警告区域N。设置检测对各驱动器11、13、15的输入指令量的杆操作量传感器51，从在ZMP算出单元中算出的前部作业机构姿势、铲斗外力和杆操作量传感器51的检测值的记录选择事先设定的操作模式中最接近的值，输出对应的倾翻警告区域N。这样，通过进行作业内容判定，能够设定适合于各作业的倾翻警告区域，在较高地确保作业效率的状态下能够提高安全性。

＜恢复动作算出单元的追加＞

恢复动作算出单元60l判定将操作杆50中的哪个杆向哪个方向操作能够使稳定性恢复。

就稳定性运算单元60d而言，在发出警告指令的情况下，希望适当地对操作杆进行操作，恢复稳定性。但考虑到由于路面的倾斜等周围的状况、操作员的熟练度不同，不知道怎样进行操作才能够恢复稳定性，因误操作会增大倾翻的可能性。因此，在恢复动作算出单元60l中，通过判定用于恢复稳定性的操作方法，并向显示装置61d输出，能够支援稳定性恢复动作，降低倾翻的可能性。

具体地说，就稳定性运算单元60d而言，在发出警告指令的情况下，判断各操作杆50的操作是否使ZMP位置70比作业机械1的姿势及ZMP位置70向支撑多边形L的中心方向移动，对显示单元61输出使ZMP位置70向中心方向移动的操作方法。例如，在前部作业机构的方向处于行驶体2的前方、ZMP位置70处于通常区域N的前方的情况下，进行缓慢地将悬臂拉向跟前或者缓慢地转动以使前部作业机构的方向相对于行驶体倾斜等的动作为宜。显示单元61根据需要将恢复动作算出单元60l的算出结果显示在显示装置61d上。

＜警告提示方法的变更＞

以上说明了将ZMP位置70显示在显示装置61d上、而且通过由显示装置61d及警报装置63d警告稳定性的降低而向操作员提示机械的稳定性信息的例子。作为稳定性信息的其他提示方法，可考虑使用操作杆50、驾驶席4的方法。例如，在稳定性运算单元中，在发出警告指令的情况下，能够通过使操作杆50、驾驶席4振动来进行警告。另外，通过使操作杆50的操作方向中稳定性劣化的方向的操作感变重，能够进行倾翻可能性的通知及稳定恢复动作支援。这样，通过用显示装置61d及警报装置63d以外的方法提示机械的稳定性信息，即使在操作员没看见显示装置61d的情况、或噪音较大而难以听到警报的环境下，也能够确认稳定性信息，导向安全的操作。

另外，也可以相对于驾驶席4在前后左右等多个方向及部位设置警报装置63d，从处于ZMP位置70的方向的警报装置发出警告声等。通过对应于ZMP位置70的方向进行警告，即使在操作员没有看见显示装置61d的情况下，也能够正确地确认包含应该注意的方向在内的稳定性信息。

＜外力计测方法＞

以上说明了对向铲斗施加外力的检测设置销力传感器43a、44a的例子，但作为其他检测方法有在起重臂缸上设置压力传感器11a、11b的方法。在该方法中，从设置在起重臂缸上的压力传感器11a、11b的检测值算出包含铲斗外力和前部作业机构自重的力矩Ml，而且，从起重臂、悬臂、铲斗的各角度传感器的检测值和起重臂、悬臂、铲斗的各重心参数算出前部作业机构的自重力矩Moc。接着，从上述力矩Ml和Moc的差分以及从起重臂转动支点40至铲斗23的距离算出铲斗外力。

（第二实施方式）

其次，对本发明的第二实施方式进行说明。在第二实施方式中，取代第一实施方式的ZMP，使用作为作业机械1的质量中心的重心位置。以下参照图12主要对与第一实施方式的不同点进行说明。

＜状态量检测单元＞

第二实施方式的状态量检测单元49设有第一实施方式所示的传感器中的姿势传感器3b、起重臂角度传感器40a、悬臂角度传感器41a、铲斗角度传感器42a、销力传感器43a、44a。

＜ZMP运算单元＞

与第一实施方式同样地进行联杆运算。在第二实施方式中，配置在作业机械1的各部的姿势传感器3b、回转角度传感器3s、起重臂角度传感器40a、销力传感器43a、44a的检测值被送到联杆运算单元60a，将图4所示的各质点2P、3P、10P、12P の位置矢量r2、r3、r10、r12、销43、44的位置矢量s43、s44、作用于销43、44的各外力矢量F43、F44变换为以机械基准坐标系（Ｏ－XYZ）为基准的值。

在ZMP运算单元60b中，使用以各传感器的检测值为基础变换到机械基准坐标系的各质点的位置矢量和外力矢量，算出作业机械1的质量中心70b，并做成ZMP位置70。作业机械1的质量中心70b如下导出。

数学式8

r_{cog} = \frac{\underset{i}{Σ} m_{i} r_{i}}{\underset{i}{Σ} m_{i}}

···(8)

在此，

r_cog：质量中心矢量

m_i：第i个质点的质量

r_i：第i个质点的位置矢量，

矢量是由X成分、Y成分、Z成分构成的三维矢量。

在本发明的安全装置中，评价质量中心70b的X坐标及Y坐标。因此，质量中心70b的X坐标rcogx如下算出。

数学式9

r_{cogx} = \frac{\underset{i}{Σ} m_{i} r_{ix}}{\underset{i}{Σ} m_{i}}

···(9)

另外，同样地，质量中心70b的Y坐标rcogy如下算出。

数学式10

r_{cogy} = \frac{\underset{i}{Σ} m_{i} r_{iy}}{\underset{i}{Σ} m_{i}}

···(10)

在式（9）及（10）中，m是图4所示的各质点2P、3P、10P、12P及附属装置23的质量，代入各质点的质量m2、m3、m10、m12以及由施加在销43、44上外力矢量F43、F44算出的附属装置的质量。

如上所述，通过使用设置在作业机械1各部的各传感器的检测值，ZMP运算单元60b能够算出质量中心70b。

＜质量中心的Z方向成分的利用＞

以上说明了使用质量中心矢量rcog的X成分、Y成分、Z成分中的X成分（X坐标）及Y成分（Y坐标）的例子，除此以外，也可以构成为在稳定性评价及显示上使用Z成分。

数学式11

r_{cogz} = \frac{\underset{i}{Σ} m_{i} r_{iz}}{\underset{i}{Σ} m_{i}}

···(11)

＜质量中心和ZMP的并用＞

以上说明了作为ZMP位置70仅使用作业机械1的质量中心70b的例子，但除了进行质量中心70b的算出以外，还进行第一实施方式所示的ZMP70a的算出，能够将这两个作为稳定性的指标来进行评价。该场合，ZMP算出单元60f可进行使用了式（3）及（4）的ZMP70a的算出、使用了式（9）及（10）的质量中心70b的算出。另外，在稳定性运算单元60d中也能够构成为使用ZMP70a和质量中心70b在两者进行不同的警告指令。在显示单元61中，也可以如图12所示构成为，在ZMP70a和质量中心70b使用不同形状、颜色进行显示。

（第三实施方式）

参照图13至图14对本发明的第三实施方式进行说明。第三实施方式与第一、第二实施方式不同，进行ZMP位置70的近期未来的变化的预测，进行使用了预测值的显示及警告。由此能够进行更迅速灵活的应对。以下主要对与第二实施例的不同点进行说明。

＜ZMP预测单元＞

在ZMP预测单元60c中，算出近期未来的ZMP位置的预测值71。以下，以使用质量中心70b作为ZMP位置70的情况为例，对使用现在的ZMP位置70和ZMP位置记录72算出ZMP预测位置71的方式进行说明。

在考虑极短时间的ZMP位置的变化的情况下，可以认为ZMP位置的移动速度大致恒定。因此，从ZMP算出单元60f中算出的现在的ZMP位置70（质量中心70b）和存储在ZMP存储单元60g中的过去的ZMP位置记录72算出ZMP位置70的移动速度，从而能够预测近期未来的ZMP预测位置71。

dt秒后的ZMP预测位置71能够由下式算出。

数学式12

x_{cogp} = x_{cog} [p] + \frac{(x_{cog} [p] - x_{cog} [p - 1])}{(t [p] - t [p - 1])} dt

···(12)

在此，x_cog［p］表示第p个算出点的ZMP位置，t［p］表示第p个算出点的时刻，x_cogp表示从t［p］经过dt秒后的ZMP预测位置71。

＜稳定性运算单元＞

基于ZMP算出单元60f的算出值70及ZMP预测单元60c的算出值71，在稳定性运算单元60d中进行稳定判别。

稳定性运算单元60d与第一实施方式相同，由支撑多边形算出单元60m和稳定性评价单元60n构成。支撑多边形算出单元60m与第一实施方式相同，另外，关于稳定性评价单元60n的倾翻警告区域N的设定及稳定性的算出也与第一实施方式相同。此外，在稳定度α的算出中，使用在ZMP算出单元60f中算出的ZMP位置70。

在稳定性评价单元60n的倾翻可能性的判定中，使用在ZMP算出单元60f算出的现在的ZMP位置70和在ZMP预测单元60c算出的ZMP预测位置71双方作为指标。使用图14的流程图对倾翻可能性的判定及警告指令进行说明。

在ZMP位置70及ZMP预测位置71均处于通常区域J的情况下，判定为作业机械1具有稳定性，不输出警告指令（步骤131、132、134）。

在ZMP位置70处于通常区域J、ZMP预测位置71处于倾翻警告区域N的情况下，判定为作业机械1的倾翻可能性增大，输出进行预备警告的预备警告指令（步骤131、132、135）。

在ZMP位置70处于倾翻警告区域N、但ZMP预测位置71处于通常区域J的情况下，判定为从稳定性低的状态的返回动作中，输出表示恢复动作中的指令（步骤131、133、136）。

在ZMP位置70及ZMP预测位置71均处于倾翻警告区域N的情况下，判定为作业机械1具有倾翻的可能性，进行通常警告指令（步骤131、133、137）。

这样，除了使用ZMP位置70以外还使用ZMP预测位置71作为评价指标，从而能够评价继续现在的操作时的稳定性，能够在更早的阶段进行处理。另外，根据现在的动作判定预料到的稳定性的恢复的情况，能够变更警告方法，能够降低过度的警报引起的操作员的不快感。

在以上所说明的稳定性评价单元60n中，在ZMP位置70及ZMP预测位置71均处于倾翻警告区域N的情况下，判定为有倾翻的可能性，但也可以构成为，即使在两者处于倾翻警告区域N的情况下，ZMP预测位置71的稳定性比ZMP位置70的稳定性高时，也判定为稳定性恢复动作中，发出与ZMP位置70处于倾翻警告区域N、ZMP预测位置71处于通常区域J时同样的指令。由此，能够在所有的稳定性恢复动作中进行警告方法的变更，能够降低过度的警报引起的操作员的不快感。

＜显示装置＞

在显示单元61中，与第一实施方式同样地进行稳定性信息及倾翻警告信息的显示。以下，仅对与第一实施方式的不同点、即ZMP预测位置71的利用方法进行说明。如图15（a）所示，使用不同的颜色、不同的形状在显示装置61d的俯视图61b上显示ZMP位置70和ZMP预测位置71。另外，如图15（b）所示，也可以构成为从ZMP位置70向ZMP预测位置71显示箭头。

在倾翻警告指令时与第一实施方式同样地进行显示画面的背景色的变更。显示装置61d至少具有通常时、预备警告时、恢复动作时、通常警告时这四种背景色，显示控制单元61c根据来自稳定性运算单元60d的指令，向显示装置61d进行指令以便变更背景色。

＜警报单元＞

警报单元63与第一实施方式相同，根据来自稳定性运算单元60d的指令发出警告声等警报。第三实施方式的警报装置63d至少具有预备警告时、警告时、恢复动作时这三种警告声，警报控制单元63c向警报装置63d进行指令以便发出与来自稳定性运算单元60d的警告指令的种类相应的警告声。

以上，说明了在稳定性运算单元60d及显示单元61中使用现在的ZMP位置70和ZMP预测位置71的例子，但也可以取代现在的ZMP位置70，而使用存储在ZMP存储单元60g中的ZMP记录值72。在使用了ZMP记录值72和ZMP预测值71的情况下，通过将图13的流程图中的ZMP位置70置换为ZMP记录值72，能够进行倾翻可能性的判定。

以上，说明了使用作业机械的质量中心70b作为ZMP位置70的例子，但在使用ZMP70a的情况也同样能够进行使用了预测值的评价。

＜使用了杆操作量的预测值算出＞

以上，说明了从现在的ZMP位置70及过去的ZMP位置记录72算出ZMP预测位置71的例子，但作为算出ZMP预测位置71的其他方法，具有检测由操作员输入到作业机械1的各驱动器11、13、15的输入量（杆操作量）的方法。一般，在作业机械中，各驱动器的速度由杆操作量决定。因此，在操作杆50上设置杆操作量传感器51，推定驱动器11、13、15的速度。利用联杆运算将驱动器速度变换为各旋转角的角速度，从现在的姿势和算出的角速度算出dt秒后的质点位置。通过代入式（9）及（10）中算出的质点位置，能够算出dt秒后的ZMP预测位置71。

在使用该方式的情况下，需要检测杆操作量的杆操作量传感器51，但能够与操作员的输入连动地进行预测值的算出，能够使警告更加良好地与操作员的操作感觉一致。

《第四实施方式》记录再生

参照图16至图18对本发明的第四实施方式进行说明。第四实施方式在第一实施方式的基础上还记录了作业内容及作业中的ZMP位置，可以在作业后进行再生。以下，主要对与第一实施方式的不同点进行说明。

图16是说明第四实施方式的概略结构图。在第四实施方式中，除了第一实施方式的构成要素以外，还具有进行作业内容及作业中的ZMP位置的记录再生的记录再生单元60h。

＜状态量检测单元＞

除了构成第一实施方式的传感器以外，还设有检测操作员向作业机械1的各驱动器11、13、15输入的输入量的杆操作量传感器51。杆操作量传感器51使用例如检测操作杆50的斜度的角度传感器、检测由设置在操作杆50的内部的减压阀决定的先导压的压力传感器。

＜记录再生单元＞

记录再生单元60h包括：操作员进行驾驶时显示和再生时显示的显示切换指令的显示切换输入单元56；进行作业内容及作业中的ZMP位置的记录的作业记录单元60j；以及根据来自显示切换输入单元56的输入向显示控制单元61c及警报控制单元63d进行指令的显示切换单元60k。

＜作业记录单元＞

在作业记录单元60j中，进行规定的期间的作业内容及ZMP位置的记录。保存记录的期间可以是10分钟或一天等事先设定的时间，也可以决定为从发动机起动至发动机停止。

在作业记录单元60j中，作为作业内容记录杆操作量传感器51的检测值、各旋转关节的旋转角度、在联杆运算单元60a中算出的铲斗外力、从前部作业机构的姿势算出的作业半径。另外，作为稳定性信息，记录在ZMP算出单元60f中算出的ZMP位置70以及在稳定性运算单元60d中算出的稳定度α。作为警告信息，记录警告指令以及倾翻警告区域N等的各种设定信息。警告指令以及各种设定信息的记录既可以与作业内容及ZMP位置的记录同样地在事先规定的期间中一直进行记录，也可以仅在发出警告指令的前后或变更设定的前后的期间进行记录。通过限定记录期间，能够削减记录的数据量。

＜显示切换单元＞

显示切换单元60k基于来自显示切换输入单元56的输入，确认选择的是驾驶时显示和再生时显示的哪个，并对显示控制单元61c以及警报控制单元63d进行指令，以便切换驾驶时显示和再生时显示。

＜显示装置＞

显示单元61根据来自显示切换单元60k的指令，切换并显示驾驶时显示和再生时显示。关于驾驶时显示与第一实施方式相同。以下对再生时显示进行说明。

图17是再生时显示的一个例子。使用在作业记录单元60j中记录的ZMP位置70及稳定度α，进行与驾驶时同样的稳定性信息及倾翻警告信息的显示。使画面的背景色及警告消息与驾驶时显示的内容相同。这样，通过进行与驾驶时相同的显示，能够在驾驶时把握向操作员提示了哪种信息。

在进行再生时，除了进行与驾驶时同样的稳定性信息的显示以外，还进行操作员的操作信息和作业环境信息的显示。操作员的操作信息使用在作业记录单元60j中记录的杆操作量传感器51的检测值。图17是使用两根杆进行作业机械1的操作的情况的例子。关于各杆，用箭头的方向表示操作杆的输入方向，用箭头的大小或长度表示操作量。作为作业环境信息，显示铲斗外力、作业半径、路面倾斜等。

以上，用杆操作量及回转半径的显示表现了作业机械1的动作，但也可以构成为，取代俯视图61b，显示表示作业机械1的概况的三维插图，基于所记录的旋转角度，在图解上再现实际的动作。

再生结束时，如图18所示，作为作业结果，显示再生期间的ZMP位置记录72。而且在稳定度显示条形部61h上显示再生期间的稳定度的平均值。

在图5所示的驾驶时，主要针对显示稳定性信息，在进行再生时显示杆操作量及回转半径等的附加的信息，从而操作员能够正确地把握过去的作业状态。而且，能够根据作业结果的显示评价一系列作业中的稳定性。

在以上的例子中，假定在设置于驾驶席4内的显示装置进行再生时显示并进行了说明。作为记录再生单元的其他利用形态，可考虑在作业机械1上以外的场所进行作业状况的确认的情况。这种情况也可以构成为，使用外部记录媒体或无线电等将作业记录单元60j所记录的信息从作业机械1取出，使其在作业机械1以外的场所设置的显示装置中再生。

再生时显示除了在发生事故时用于把握、研究发生状况及原因之外，还考虑根据操作的安全性评价而利用于作业管理、教育、启蒙活动等。

如以上说明的那样，本发明的安全装置具有控制装置，该控制装置具备：检测作业机械的姿势的状态量检测单元；以及算出作业机械的ZMP位置的ZMP算出单元和显示装置，安全装置显示作业机械的俯视图，在上述俯视图上显示上述作业机械和地表面的接地点所形成的支撑多边形和上述ZMP位置。由此，即使在各种姿势进行变化的作业中也能够以统一的指标来评价稳定性，能够使操作员容易且准确地确认具体的稳定性。

另外，本发明的显示装置在俯视图内的行驶体与回转体之间根据回转角度而旋转并显示。由此，能够在包含回转动作在内的作业中确认支撑多边形及ZMP位置、与前部作业机构方向的关系。而且能够确认行驶方向。

另外，本发明的安全装置具有存储事先设定的规定时间量的上述ZMP位置的记录的ZMP存储单元，并显示ZMP位置记录。由此，能够确认ZMP位置的变化，能够确认由现在的操作引起的稳定性的增减。

另外，本发明的显示装置以相互不同的形态显示在ZMP算出单元中算出的现在的ZMP位置和ZMP位置记录。由此，能够更加容易地确认过去及现在的ZMP位置的关系。

另外，本发明的安全装置具有预测ZMP位置的变化的ZMP预测单元，并显示ZMP预测单元的算出结果。由此，能够使操作员确认继续现在的操作时的ZMP位置，能够在更早的阶段进行处理。

另外，本发明的显示装置以相互不同的形态显示在ZMP算出单元中算出的现在的ZMP位置和在ZMP预测单元中算出的ZMP预测位置。由此，能够更加容易地确认现在及未来的ZMP位置的关系。

另外，本发明的安全装置在作业机械和地表面的接地点所形成的支撑多边形的中央部设定通常区域，在周边部设定倾翻警告区域，具有在ZMP位置处于倾翻警告区域时进行警告指令的稳定性运算单元，在显示装置所显示的俯视图上显示上述倾翻警告区域，在由稳定性运算单元进行警告指令时变更警告显示及背景色。由此，即使操作员没有注视显示画面也能够瞬时把握倾翻可能性。

另外，本发明的稳定性运算单元使用在ZMP算出单元中算出的现在的ZMP位置和在ZMP存储单元中存储的ZMP记录位置。由此，能够根据现在的作业评价稳定性是否改善，能够避免过度的警告。

另外，本发明的稳定性运算单元使用在ZMP算出单元中算出的现在的ZMP位置和在ZMP预测单元中算出的ZMP预测位置。由此，能够评价继续现在的操作时的稳定性，能够在更早的阶段进行警告，能够避免过度的警告。

另外，本发明的稳定性运算单元根据从支撑多边形的中心至ZMP位置的距离、和从支撑多边形的中心至支撑多边形的周边部的距离的比率，算出作业机械的稳定度，并在显示装置上显示所算出的稳定度。由此，能够容易地确认稳定性的增减。

另外，本发明的安全装置具有根据作业机械的姿势变化来判定现在的作业是否相当于事先设定的多个作业模式中的任一个的作业内容判定单元，稳定性运算单元使用以上述作业内容判定单元的判定结果为基础按作业模式事先设定的倾翻警告区域。由此，能够设定适合于各作业的倾翻警告区域，能够确保作业效率更高。

另外，本发明的安全装置具有警报单元，在由稳定性运算单元进行警告指令时输出音或声音。由此，即使在操作员没有看见显示装置的情况下也能够确认倾翻的可能性，而且能够使周围的作业员确认倾翻的可能性。

另外，本发明的警报单元根据在稳定性运算单元中算出的稳定性变更音或声音。由此，即使在操作员没有看见显示装置的情况下也能够正确地确认稳定性，而且能够使周围的作业员正确地确认稳定性。

另外，本发明的安全装置具有检测向驱动器输出的指令值的检测单元，并具有在规定的时间存储向驱动器的指令值和ZMP位置，进行作业状况的再生的记录再生单元，再生时图示出指令值，进行与作业中不同的显示。由此，可以实现基于事故发生时的发生状况及原因的把握、研究、操作的安全性评价得到的作业管理、教育、启发活动。

如以上说明的那样，根据本发明的实施方式，通过将作业机械的倾翻警告区域和现在的ZMP位置显示在显示装置的俯视图上，即使在各种姿势变化的作业中也能够按统一的指标评价稳定性，能够使操作员瞬时容易且准确地确认作业机械的稳定性。

另外，在判定为有倾翻的可能性的情况下，提早由显示、警报进行警告，唤起操作员注意，从而能够导向安全的操作，能够进行安全且作业效率良好的作业。

此外，在以上的说明中，对在ZMP算出单元算出作业机械的ZMP的例子进行了说明，但作为第二实施方式，即使在如说明的那样算出作业机械的质量中心的情况下也具有同样的效果。

符号说明

1—作业机械，2—行驶体，2a—加速度传感器（行驶体），3—回转体，3a—加速度传感器（回转体），3b—姿势传感器（回转体），3c—中心线，3s—回转角度传感器，4-驾驶室，5-发动机，6-前部作业机构，7-回转马达，8—配重，10—起重臂，10a—加速度传感器（起重臂），11—起重臂缸，11a—压力传感器（起重臂底），11b—压力传感器（起重臂杆），12—悬臂，12a—加速度传感器（悬臂），13—悬臂缸，15—作业工具缸，16—联杆（A），17—联杆（B），23—铲斗，30—地表面，40—起重臂转动支点，40a—角度传感器（起重臂转动支点），41—悬臂转动支点，41a—角度传感器（悬臂转动支点），42—铲斗转动支点，42a—角度传感器（铲斗转动支点），43—销（铲斗－悬臂），43a—外力传感器（销43），44—销（铲斗－联杆），44a—外力传感器（销44），49—状态量检测单元，50—操作杆，51—杆操作量传感器，55—用户设定输入单元，56—显示切换输入单元，59—速度算出单元，60—控制装置，60a—联杆运算单元，60b—ZMP运算单元，60c—ZMP预测单元，60d—稳定性运算单元，60f-ZMP算出单元，60g—ZMP存储单元，60h—记录再生单元，60i—作业内容判定单元，60j—作业记录单元，60k—显示切换单元，60l—恢复动作算出单元，60m—支撑多边形算出单元，60n—稳定性评价单元，60x—输入部，60y—输出部，61—显示单元，61d—显示装置，61b—作业机械俯视图，61h—稳定度显示条形部，61k—设定输入图符，61m—警告消息，61x—简易显示装置，62—驱动器，63—警报单元，63d—警报装置，70—ZMP位置，70a—ZMP，70b—质量中心，71—ZMP预测位置，72—ZMP记录值。

Claims

1.一种作业机械的安全装置，该作业机械具备：行驶体；安装在该行驶体上的作业机械主体；在上下方向上摆动自如地安装在该作业机械主体上的前部作业机构；以及对上述各部分进行控制的控制装置，该作业机械的安全装置的特征在于，

上述控制装置具备：ZMP算出单元，其分别使用包含上述前部作业机构在内的上述主体及行驶体的各可动部的位置信息、加速度信息、外力信息来算出ZMP的坐标；以及

稳定性运算单元，其算出上述作业机械的与地面的多个接地点所形成的支撑多边形，在上述ZMP包含在形成于上述支撑多边形的周缘内侧的警告区域中时发出倾翻警告，

具备显示装置，该显示装置显示作业机械的俯视图及作业机械相对于支撑多边形的ZMP位置，

上述ZMP算出单元及稳定性运算单元对上述ZMP位置及包含上述警告区域在内的支撑多边形进行运算并显示，并且，

在上述所算出的ZMP位置包含在形成于上述支撑多边形的周缘内侧的警告区域中时发出倾翻警告。

2.根据权利要求1所述的作业机械的安全装置，其特征在于，

上述控制装置具有存储在事先设定的规定期间的ZMP位置的记录的ZMP存储单元，并利用上述显示装置显示ZMP位置的记录。

3.根据权利要求1所述的作业机械的安全装置，其特征在于，

上述控制装置具有预测ZMP位置的变化的ZMP预测单元，并将上述ZMP预测单元的预测结果显示在上述显示装置上。

4.根据权利要求1所述的作业机械的安全装置，其特征在于，

上述控制装置具有存储在事先设定的规定期间的ZMP位置的记录的ZMP存储单元、和预测ZMP位置的变化的ZMP预测单元中的至少任意一个，

上述稳定性运算单元除了使用在上述ZMP算出单元算出的现在的ZMP位置以外，还使用在上述ZMP存储单元中存储的ZMP位置记录、和在上述ZMP预测单元算出的ZMP预测位置的至少任一个进行稳定性的判定。

5.根据权利要求1所述的作业机械的安全装置，其特征在于，

上述控制装置具有基于相对于支撑多边形的ZMP位置来算出作业机械的稳定度的稳定性运算单元，上述显示装置显示在上述稳定性运算单元中算出的稳定度。

6.根据权利要求1所述的作业机械的安全装置，其特征在于，

上述控制装置具有恢复动作算出单元，该恢复动作算出单元在由上述稳定性运算单元进行警告指令的情况下算出稳定性恢复的操作方法，

上述显示装置在由上述稳定性运算单元进行警告指令的情况下，显示上述恢复动作算出单元的算出结果。

7.根据权利要求1所述的作业机械的安全装置，其特征在于，

上述控制装置具有按规定时间存储由状态量检测单元检测出的对驱动器的指令值和上述ZMP位置并进行作业状况的再生的记录再生单元，记录再生单元在上述作业机械的作业状况再生时进行图示上述指令值的显示。

8.根据权利要求1~7中任一项所述的作业机械的安全装置，其特征在于，

上述控制装置具有重心算出单元以取代上述ZMP算出单元，该重心算出单元根据包含上述前部作业机构在内的上述主体及行驶体的各可动部的位置信息、和事先给与的质量信息来算出作业机械的质量中心，各单元使用质量中心取代ZMP。